BECKHOFF可編程自動(dòng)控制器PAC在風(fēng)電變流器中的應(yīng)用

摘要：本文著重論述了德國(guó)BECKHOFF新一代嵌入是PC的新特點(diǎn)，以及在九洲PowerWinVert-A型風(fēng)電變流器中的應(yīng)用。
關(guān)鍵字：嵌入式系統(tǒng) 可編程自動(dòng)控制器 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 變流器

Abstract:Some new charactteristic of a new generation embedded PC of Germany Beckhoff was introduced ,application in jiuzhou PowerWinVert-A windpower converter
Key words: Embedded operating system ,PAC ,Fieldbus ,Converter

1.引言

　　在建立控制系統(tǒng)時(shí)， 系統(tǒng)集成商毫無(wú)例外地總是希望能使用比較少的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的功能。他們需要控制系統(tǒng)不僅能處理數(shù)字I/O和運(yùn)動(dòng)，而且還可以集成用于自動(dòng)化監(jiān)控和測(cè)試的視覺(jué)功能和模塊化儀器。此外，控制系統(tǒng)還必須能實(shí)時(shí)地處理控制算法和分析任務(wù)并把數(shù)據(jù)傳送回企業(yè)。您是否能同時(shí)擁有PC的功能和PLC（可編程控制器）的可靠性嗎？

倍福公司設(shè)計(jì)可編程自動(dòng)控制器（PAC）,就是這樣一個(gè)的平臺(tái),他是一種新類(lèi)型的控制器，該控制器結(jié)合了PC的處理器、RAM和軟件的優(yōu)勢(shì)，以及PLC固有的可靠性、堅(jiān)固性和分布特性. 正逐漸占領(lǐng)自動(dòng)化領(lǐng)域。

基于以上特點(diǎn),在我們?cè)O(shè)計(jì)的PowerWinVert-A風(fēng)電變流器中選擇了倍福的PAC做為信號(hào)采集，控制與遠(yuǎn)程通訊的平臺(tái)。

　　九洲公司的PowerWinVert-A型風(fēng)電變流器采用了獨(dú)特的輸入切分技術(shù)、優(yōu)化的PWM多重化疊加技術(shù)、可靠的無(wú)焊接IGBT技術(shù)、高效的橋式逆變技術(shù)、先進(jìn)的光纖傳送技術(shù)、完善的過(guò)流過(guò)壓保護(hù)技術(shù)、連續(xù)波形變換技術(shù)以及遠(yuǎn)程通訊控制技術(shù)等，匯集了國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)，是完全按照中國(guó)國(guó)情及風(fēng)電機(jī)組、電網(wǎng)輸配電等要求而開(kāi)發(fā)的新一代風(fēng)電變換產(chǎn)品。

2. PAC硬件簡(jiǎn)介
2.1系統(tǒng)構(gòu)成

一個(gè)完整的PAC系統(tǒng)包括以下幾種模塊組成（但不是每種都必須有）：
基本CPU模塊。
系統(tǒng)接口模塊。
電源和IO接口模塊。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)模塊。
數(shù)字量和模擬量采集模塊，
UPS模塊。

2.2CPU模塊

存儲(chǔ)器選配:64 M字節(jié)閃存+128 M字節(jié) RAM 。
DVI/USB 選配:選帶或不帶 DVI/USB 接口模塊 。
操作系統(tǒng)選配:Windows CE.NET。
Windows XP 嵌入式 （要求 CF 卡） 。
TwinCAT 實(shí)時(shí)PLC選配:
不帶 TwinCAT。
TwinCAT CE PLC或TwinCAT PLC （取決于操作系統(tǒng)）。
TwinCAT CE NC或TwinCAT NC （取決于操作系統(tǒng)）。

2.3接口模塊

顯示器和觸摸屏接口:
DVI:視頻信號(hào)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 DVI 連接 到顯示器上。USB:可連接觸摸屏或鼠標(biāo),鍵盤(pán), 掃描儀,打印機(jī), CD-ROM 讀寫(xiě)器
高速度232接口：最大傳輸速率115K
音頻信號(hào)接口：主要提供音頻輸入輸出接口。
視頻信號(hào)接口：主要提供視頻輸入輸出接口。

3．九洲PowerWinVert-A型風(fēng)電變流器主電路工作原理

　　我們選用的是不可控整流+升壓斬波+SPWM逆變的電路結(jié)構(gòu)

3.1主電路結(jié)構(gòu)說(shuō)明

　　發(fā)電機(jī)使用的是永磁同步發(fā)電機(jī)，采用六相不可控整流橋?qū)ζ溥M(jìn)行12脈沖整流，在輸出端并上電容進(jìn)行穩(wěn)壓，減小直流脈動(dòng)。考慮到電流波形畸變和發(fā)電機(jī)內(nèi)感的存在，在發(fā)電機(jī)輸出端并上無(wú)功補(bǔ)償電容，提高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和利用效率。在中間直流環(huán)節(jié)，采用升壓斬波電路。在逆變環(huán)節(jié)，采用兩個(gè)SPWM逆變橋通過(guò)濾波電抗并聯(lián)的形式，以減小每個(gè)IGBT通過(guò)的電流大小，還能在一定的控制方法配合下防止連個(gè)逆變器輸出電流不等從而防止環(huán)流問(wèn)題出現(xiàn)。另外，為了防止直流母線(xiàn)電壓過(guò)高損壞器件，加入了直流母線(xiàn)鉗位電路；為了電路開(kāi)始運(yùn)行對(duì)電容充電電流過(guò)大，加入了電容的預(yù)充電支路，同時(shí)該支路還保證發(fā)電機(jī)沒(méi)工作時(shí)的直流母線(xiàn)側(cè)上也有電壓，能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功率補(bǔ)償。

3.2工作原理

　　隨著風(fēng)速的變化，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也在變化，因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電的電壓和頻率是不斷變化的，該變壓變頻的交流點(diǎn)經(jīng)過(guò)AC-DC變換后變?yōu)榱朔炔粩嘧兓闹绷麟姡缓蠼?jīng)過(guò)升壓斬波穩(wěn)壓后轉(zhuǎn)化為電壓幅值穩(wěn)定而電流大小隨風(fēng)速度不斷變化的直流電，再經(jīng)過(guò)SPWM逆變器，變成了與電網(wǎng)相位頻率相同，輸出電壓隨風(fēng)速不斷變化且略高于電網(wǎng)電壓的三相交流電，最后經(jīng)過(guò)濾波電抗器并網(wǎng)，輸出電壓高與電網(wǎng)部分降在濾波電抗器上，從而完成了直驅(qū)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流電路將變頻變壓交流電轉(zhuǎn)化為能并網(wǎng)的交流電的任務(wù)。

4倍福PAC在變流器中的應(yīng)用

　　整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變流器運(yùn)行的全方位監(jiān)控，其中以太網(wǎng)門(mén)接口用于連接風(fēng)場(chǎng)集中控制站，交換機(jī)2可以實(shí)現(xiàn)與其他變流器的信息互聯(lián)。觸摸屏用于本地變流器狀態(tài)信息的查看和設(shè)置，主控器通過(guò)Prifibus總線(xiàn)與變流器PLC，機(jī)艙P(yáng)LC，低壓PLC的連接，具體負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)各點(diǎn)的模擬量與數(shù)字量的采集和控制。

作為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的主站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體控制，主要由以下幾部分組成
CX1020-0111：CPU模塊，帶以太網(wǎng)接口和USB/DVI 接口。
CX1020-0002：電源模塊。
CX1500-M310:現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主站

　　作為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的從站，負(fù)責(zé)變流器功率控制電路模擬量和開(kāi)關(guān)量的采集和控制，主要有以部分組成：
BK3150：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)耦合器。
KL9210：電源模塊。
KL1104：數(shù)字量輸入模塊。
KL2134:數(shù)字量輸出模塊。
KL6904：數(shù)字量輸出模塊，安全端子。
KL1904：數(shù)字量輸入模塊，安全端子。
KL3404：模擬量輸入模塊。
KL4032：模擬量輸出模塊。
KL9010：總線(xiàn)末端模塊。

　　作為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的從站，負(fù)責(zé)變流器低壓電器部分（空氣開(kāi)關(guān)，斷路器等）模擬量和開(kāi)關(guān)量的采集和控制，在數(shù)字量與模擬量模塊的數(shù)量上與變流器PLC有所區(qū)別。

5.小結(jié)

　　BACKHOFF PAC系統(tǒng)已經(jīng)在本公司研發(fā)的PowerWinVert-A型風(fēng)電變流器中成功應(yīng)用，并取得了良好的效果。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，倍福的PAC一定會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)
[1]陽(yáng)憲惠，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)及其應(yīng)用，清華大學(xué)出版社， 1996，6
[2]Beckhoff New Automation Technology 2006